\r\n从30年前发展至今，CCD图像传感器从最初简单的8像数位移寄存器到现在，已具有数百万至上千万像数。而采用CCD技术的摄像机一路走来，今天仍以技术完善、成像质量、分辨率、灵敏度等优势，成为高端监控摄像机市场的主力军。但是近几年来，采用另一种传感技术CMOS的摄像机，也在以低成本、功耗小等特点奋力追赶CCD。\r\n然而，此次擂台赛还未见分晓，如今又杀出一种新概念的图像传感和处理系统——DPS。此种技术在1990年由美国斯坦福大学的几位教授提出，在经过十几年的发展和完善后，至今日形成了一个不同于传统CCD传感器的数字图像传感和处理系统（Digital Pixel System）。\r\n对于DPS未来的应用市场，拥有此技术专利的美国Pixim公司副总裁Todd E. Rockoff博士指出：“最近一连串恐怖爆炸事件将极大地推动高端安全监控市场的发展，这对采用DPS技术的摄像机市场前景有一个非常正面的影响。”\r\n那么将来，到底谁会登上摄像机市场的头把交椅？是CCD还是DPS，或者是另有其他？本期话题，我们特邀了JVC（中国）投资有限公司的张智勇、慧友电子有限公司的钟纪祥、PELCO的闫毅、景阳智能的张波以及天下数码的韩冰，来探讨此话题。让我们一起分享他们的精辟见解！

DPS现在还属于应用早期，目前不会取代CCD
DPS英文全称Digital pixel system，即数字像素系统，这是一种新型的成像器，是成像技术的突破。
与传统CCD相比，DPS最明显的特点是在宽动态范围上。由于DPS的核心是在采集的每一个图像像素中都含有一个模数转换器（ADC），这样成像器直接输出的是关于每个像素的数字信号。而CCD成像器输出的还是模拟信号，从其模拟信号到DSP数字处理过程的时间要比DPS长。所以DPS大大节省了信号的无效传输，将像素阵列的信号衰减和串扰降低到最小，做到了更好的降噪。另外，DPS采用的是高速无损多次采用技术，每一个像素独自确立自己的曝光时间，在本质上相当于几十万个摄像机同时进行操作，而不象CCD由整个场景的平均亮度决定曝光时间进行操作，后者会导致明亮处曝光过度，黑暗处曝光不足。正因如此，DPS的宽动态范围最高可达到120dB。
其次，DPS的优点还表现在集成度和电耗上。DPS包括图像传感器和图像处理器，集成度很高，体积小。而CCD集成度相对较低，体积较大。另一方面，DPS在主芯片电路几乎没有静态电量损耗，CCD却由于电路复杂，需要外部控制信号和时钟信号来获得满意的电荷转移效率，还需要多个电源和电压调节器，因此功耗大。不过从目前来看，CCD还是有一定的优势，表现在技术发展比较成熟，图像具有高灵敏度和较宽的温度范围，市场认可和接受度较高。
值得关注的是，在当前的监控领域中，已经产生了一种在Pixim DPS基础上采用SIMD（单指令多数据）成像处理技术的摄像机。其大大提高了运算速度，给用户提供了定制的图像质量，以及多种预定义的图像配置文件和多个附加的用户自定义文件，如高清晰度、宽动态、室内、室外、窗口、赌场等。并且在保证色彩再生方面提供了多种白平衡选项，保证了在不同色温环境下的色彩还原性……
目前，DPS做为一种新型的技术已经逐渐开始应用在监控领域，并由于其卓越的宽动态性能和色彩再生能力使其应用范围变得更为广泛。特别针对于光线条件比较苛刻的地方，比如银行的进出口、ATM取款机、高速公路的收费站、车辆进出口、建筑物出入口走廊、娱乐场所、港口码头等具有挑战性光照条件下的应用。举例说明，目前国内很多高速收费站大都采用的是1/2英寸的CCD成像器，其成像靶面大，通光量大，视野角度大，但价格昂贵。DPS由于成品率高，制造成本低，加之其优质的强光处理能力，在此方面基本可以替代传统的CCD。
不过，总的来说，DPS现在还属于应用早期，目前不会取代CCD。但DPS图像传感器主要朝着高分辨率、高动态范围、高灵敏度、超微型化、数字化、多功能化的方向发展，以小型化和低功耗DPS图像传感器为核心的摄像机将会成为监控产品的主流，为图像传感器市场带来巨大的发展。

DPS在原理上属于CMOS工艺改良器件的一种
DPS在原理上属于CMOS工艺改良器件的一种。CMOS器件是一种半导体器件的结构名称，也是其制造工艺的名称，它的中文名称是“互补性氧化金属半导体”，是利用硅和锗两种元素制成的半导体器件，在其上共存着带N（带－电）和P（带+电）级的半导体，随着外接触发极控制量的变化，读取其中互补效应所产生的电流，即可解码，输出成影像。JVC公司在2003年底推出了采用该类型器件的摄像机，目前市面上推广的一些钙类产品（DPS）在性能及原理上与JVC的TK-WD310EC基本相同。
据笔者所知，利用CMOS结构制作感光器件的探索已经有很多年的历史了，现在应用已经非常普及了，例如电脑城里满柜台的USB小摄像头就是此技术的应用。由于这些产品应用的是低端CMOS器件，此类摄像头给用户极坏的印象，图像动态范围很窄，照度范围不适当，很容易造成曝光过度或曝光不足；而且分辨率较低，噪波较大。
经过对CMOS本身的改良及应用电路的优化，该器件现在的表现已经有了很大的提高，例如CANON公司的EOS 1D MARKⅡ和SONY公司的DCR-PC1000E摄像机，前者是价值2万余元的专业数码照相机，后者是最新的、价值万元的民用3片感光器件摄录一体机。
从当前的应用中去分析，CMOS器件的优点是显而易见的：
首先，CMOS是一种传统工艺，生产流程简单，成品率、产量高，使得理论上价格低廉。其二，集成度高，相同性能要求下可以制造出微型化摄像机，相同尺寸下可以制造出更高的分辨率，甚至可以将驱动电路直接做在感光器件上，相对比较节省空间。其三，灵敏度高，由于是逐像素输出（IT CCD是逐行输出），加之期间集成度很高，所以一般在每个像素上直接制作一个前置放大电路，就地放大，在消除了拖尾及开花效应的同时，其原始灵敏度可以做到很高。另外，运行速度快，其最大输出速度是CCD的5倍以上；电力消耗低，约为CCD的1/3到1/8……
不过，至目前为止，CMOS器件仍存在着一些不足：期间本身的原始动态范围较小，比CCD还要小一点；其次，热噪波高，由于集成度高、结构特殊，早期低端产品极易受温度影响，不过高端产品在此方面有了很大的改进；另有关键的一点是怕静电，电子行业内的前辈曾经依据其英文发音和易被静电烧毁的现象起了一个外号——“谁摸（谁）死”，很是形象。
然而，总结以上方面，相对于CMOS来说，现有的CCD器件劣势还是比较明显。虽然其具有极高的信噪比、很强的感光灵敏度和良好的动态范围，但CCD生产过程复杂、产量低、成品率低，价格贵。为了克服CCD的不足，因此人们才研发和推出了新型的CMOS影像传感器。
为了让CMOS图像传感器技术发挥更加卓越的性能，国内也有一批研发队伍。如复旦大学、浙江大学、西安电子科技大学、国防科技大学等院所，部分厂商也开展了CMOS图像传感器的设计、研制和应用开发等工作。
作为新兴的感光器件，在经过多年的探索后开始成熟，未来CCD将与CMOS并存一段时间，除非CCD在工艺上和性能上能够有较大幅度的提高，否则，笔者个人认为，其终将被CMOS器件取代，就象当年摄像管被CCD取代一样。


越来越多的摄像机制造商开始发展DPS技术的摄像机
DPS技术称之为数字像素处理系统（Digital Pixel System），与CCD不同，DPS是纯数字的图像拾取和处理系统。在当今如火如荼的数字化进程中，视频监控领域也势不可挡地从模拟向数字化发展，同样，在监控的前端，DPS技术的出现和应用，也使传统的模拟摄像机进入到了一个数字化的时代，实现了从模拟到数字的产品交替。
从目前看，DPS技术存在着明显的优势：
其一，传输时间短。CCD摄像机在图像的采集、处理和输出过程中需要经过多次的信号转换，存在传输时间长，转换噪声大，视频信号衰减等缺陷。而DPS摄像机包含一组数字的图像传感器和数字的图像处理器。其核心技术是在数字图像传感器的每一个像素上集成了一个模拟数字转换器（ADC），每个数字图像传感器的ADC在捕捉到光信号时直接转换为数字信号，从传感器到输出的过程中，单帧图像获取时间仅需0.8毫秒，最大限度地减少了无效的转换，降低了噪音和衰减。
其二，CCD摄像机在采集一幅图像的过程中通常只对整个图像采样1次，获取的图像会出现不同程度明亮的区域曝光过度、较暗的区域欠曝光的现象。采用DPS技术的摄像机在采集一幅图像时，系统可对每个像素进行多次单独无损失采样，成像系统控制每个像素的最佳采样时间，在每个像素达到最佳状态时存储像素信息，最终可同时获取场景中明亮及阴暗区域详细的图像信息。
其三，模拟人眼与大脑，图像传感器和图像处理器具有双向实时互动性。DPS摄像机在图像的摄取和处理过程类似于人眼和大脑的关系，负责图像的处理和运算的同时，不断向图像传感器下达指令，不仅调整曝光时间而且改变实际的图像捕捉算法。最终，在特定的图像特征和光照下，获得最佳的图像效果。
其四，更宽的动态范围和更真实的色彩再现。采用DPS技术的摄像机，通过其特有的数字采样和数字处理，得到比CCD摄像机更宽的动态范围（CCD的动态范围最大为60dB，DPS可达到120dB），更加接近真实场景的色彩还原。在单一图像中曝光达数十万像素，即使在最苛刻的光照条件下，也可捕捉到清晰、逼真的图像，再也不会因为阴影、眩光、反射和太阳光而使图像发暗或被破坏。
其五，DPS摄像机内嵌强大软件平台，NTSC/PAL制式兼容，DPS摄像机打破了传统的地域界限；线缆补偿、线锁调整、更宽的白平衡范围，使原本复杂的使用、调整、偏色等问题变得迎刃而解；内嵌软件可在前端摄像机上实现诸如视频移动侦测、区域放大、报警的输入输出等功能，通过前端的采样和处理，可大大减少后端设备由于干扰和信号传输衰减等而产生的误动作；远程摄像机的设置调整及数字变焦功能也使应用变得简单；同样数字化的信号输出直接提供给高清显示设备或编码压缩芯片，减少信号转换过程的衰减，得到更加真实的图像。
随着DPS技术的发展，越来越多的资深摄像机制造商开始发展DPS技术的摄像机，这包括一些业界知名企业如Pelco、GE、BAXALL、JVC、Honeywell、Sunell景阳。基于DPS技术的平台可以提供更广泛、更智能化的应用，使原本复杂的系统变得简单有效，通过摄像机软件的开发和应用，就可实现包括门禁监控、面部识别、动作跟踪、智能交通、IP摄像机等的系统集成。随着成像技术向全数字系统的转变，DPS技术势必为高质量的视频监控解决方案奠定了图像捕捉和处理的坚实基础。


DPS在特殊应用方面占有一席之地
近年来，摄像机的技术获得了飞快的发展，特别在监控领域中，随着人们对视频质量的更高要求，一些突破传统技术的新技术也呼之而出。基于美国PIXIM 公司的DPS专利技术的图像传感器，采用革命性的设计理念，将先进的微处理技术与影像处理技术加以结合，传感器内部集成了32位的Arm7 控制核心，精确控制每一个像素点的曝光时间，使画面可以达到突破性的95db 动态范围。
DPS图像传感器一经推出，就立即引起各大摄像机制造商的注意，并相继推出基于DPS技术的多款摄像机产品，如BAXALL的Hyper-D系列、GE的Ultraview、Honeywell 的HCCWD484、台湾慧友公司的EQ600 WDII系列。这些摄像机因其出色的动态范围和不错的图像画质，被广泛用在道路交通监控、车辆监控和车牌识别、影像识别和自动追踪等领域。
但从目前来看，与传统CCD传感器件相比，DPS除了表现出其优秀的动态范围，以及在极限光线条件下能获取稳定清晰的图像等明显优势外，某些方面还需要去改良，例如灵敏度、画质等方面。另外，现阶段CCD还有它本身的一些优势。
首先，CCD技术发展历史悠久，已形成了一套完整的理论和先进成熟的制造工艺，以及各式各样的产品和应用，各大厂商如Sony、三星、松下、SHARP的持续投入和开发，使得CCD传感器的画质和性能得到了很好的提升，这些方面成为目前DPS传感器需要努力的空间。另外，CCD的宽动态摄像机技术也在以往的基础上进行了很大改善，如松下和三星公司的产品。
其次，近年来CCD的技术发展也较快，有些功能也在不断提高。因消费类电子产品数码相机的迅速普及，导致各大厂商不断推出600万、700万、800万甚至1000万像素的CCD产品，以及高集成度、多功能、高性能的影像处理DSP芯片，这些也推动了安防用摄像机的发展，有些先进技术被应用于监控摄像机，如SONY早期用于摄录一体机的SS-1M系统。
综上所述，DPS技术作为一项新兴的图像传感技术，在获得传统CCD无法达到的宽动态以及极限环境情况下的良好图像外，可能在一些特殊应用方面，如车牌识别、模式识别等，能占一席之地。但现阶段，CCD传感器件凭借其不错的摄像品质和高速发展的技术和工艺水平将会继续是传统摄像机、消费用数码像机以及娱乐用DV的首选。


某些方面，DPS技术已经远远优于CCD技术
据笔者了解，所谓“DPS数字图像传感和处理系统”是一种纯数字化的图像拾取系统，它包含两个方面：图像传感器和图像处理器。DPS的核心技术是在每一个拾取的像素上都包含一个ADC（analongtodigited数模转换器），在捕捉到光信号时，直接将其放大并转换为数字信号，最大限度地减小了模拟信号传输操作所产生的噪声。
相对于CCD技术，DPS技术的优点有以下几个方面：
1．器件在本地进行放大并转换为数字信号，最大限度地减小了模拟信号传输操作所产生的噪声。传导时变成了数字信号，一般认为数字信号传输无噪声。
2．每个像素都有一个ADC，每个像素的信息都是独立捕捉和处理的，同时使用了一个CPU处理芯片控制其每个像素的曝光时间，并使得模—数转换更精确。传感器可在曝光周期内对每个像素的光线进行多次和高速采样，同时控制每个像素的曝光时间，在其达到最佳状态时存储像素信息，在这个过程中，每个像素都经过了多次无破坏性的单独采样。因此有多少个像素，就有多少个ADC。
3．每个像素的曝光时间都可以不相同，所以同一幅照片不同部分的曝光时间完全可以不尽相同，因此整幅图象的任意点都可以达到最佳图象显示状态。因此图象可以趋于更合理。
4．在动态范围上，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态范围。从数值上来说，CCD传感器的最大动态范围为60dB，而采用DPS技术的摄像机的动态范围可达到95dB，最高可至120dB。另外，在扩大动态范围的同时，DPS也解决了CCD传感器在处理动态范围和色彩真实性上的不足，其色彩还原性更加真实，完全能够满足不同条件下不同客户的要求。
5．DPS系统的发展趋势在于它本身的功能优势。除了最突出的宽动态范围表现上，另外，在像素被采集后，系统再对其进行处理，最终形成高质量的图像；DPS系统形成的图像的水平和垂直分辨率保持一致，在任何角度都可以保证图像的高分辨率。
综上所述，DPS的优势将使摄像机具备更宽的动态范围，便于捕捉目标，和监视宏大的现场；并可以得到清晰的图像细节，利于细小的物象监控；其智能化光学处理系统，将远远优于传统的CCD。
不过，由于CCD技术开发较早，并且已经稳定生产，因此成本相对教低，这一点从产品的售价可得到反映；所以在短期内DPS技术不会取代CCD技术。但是需要指出的是，现阶段在某些方面，DPS技术已经远远优于CCD技术，可以实现特定的要求。可以相信，随着时间的推移，DPS技术将会更加完善，成本将会降得更低，会大量地抢占CCD产品的市场份额。